多光源顏色強度一致性標定方法
2023-12-12 00:29:47 4
專利名稱：多光源顏色強度一致性標定方法
技術領域：
本發明屬於計算機虛擬實境和計算機圖形圖像學技術領域，具體地說是利用相機拍攝的 圖像對多光源的顏色與強度進行標定，用於相機與光源組成的數據採集系統。
背景技術：
計算機虛擬實境與計算機圖形圖像學技術中，有很多涉及到利用多個光源與相機等設備 進行數據的採集，需要對光源進行標定，消除各光源的顏色以及光強的差異影響，因此實現 一種簡單、靈活、魯棒的多光源顏色強度一致性標定方法就顯得十分必要。
文獻1—T. Weyrich， M. Wojciech, P. Hanspeter ef a丄,"Analysis of human faces using a measurement-based skin reflectance model," 爿6￥ T!r朋s. 6!r鄰力.,vol. 25， no. 3， pp. 1013-1024, 2006.中使用了一個二次多項式對光強沿光軸的衰減進行了擬合，並對 每一個光源使用一個仿射變化矩陣加一傘偏移向量校正各光源顏色與強度差異。該方法雖然 過程比較魯棒，但計算過程比較複雜。 .
發明內容
本發明要解決的技術問題克服現有技術的不足，提供一種魯棒的光源方向標定方法。 本發明採用的技術方案多光源顏色強度一致性標定方法，其特點在於步驟如下-
(1) 拍攝各個光源下的多張白板的茵像，進行平均和模糊處理後，用來進行單光源的 強度分布均勻性標定；
(2) 拍攝各個光源下的標準色卡的圖像，得到圖像上標準色卡上每個色塊的平均像素 值，用來進行多光源之間的顏色與強度標定；
所述的步驟(1)中多張白板的平均和模糊的方法為拍攝三張左右各個光源下白板圖 片，計算得到平均圖像，從而消除交流電對光源強度的隨機影響；對平均圖像再使用高斯核
進行模糊處理，用來消除白板上的高頻噪聲的影響。
所述的步驟(1)中單光源的強度分布均勻性標定的方法為計算處理後的白板圖像的
中央區域的平均像素值，保存下白板圖像上每個像素與該平均值的比率；對於其他在該光源
拍攝的圖像，每個像素乘以對應的比率來進行分布均勻性標定。
所述的步驟(2)中得到圖像上標準色卡上每個色塊的平均像素值的方法為拍攝各個
光源下標準色卡圖片，粗略指定各色塊中心點與半徑，計算中心點附近小塊區域的平均像素 值，如果半徑範圍內的像素值與該平均值的差別大於一定閾值，則認為該像素超出了色塊區
3域，不參與該色塊的平均值計算。
所述的步驟(2)中多光源之間的顏色與強度標定的方法為由於已知標準色板中各色 塊的真實顏色，以及各光源的入射角度，可以計算出理論圖像各個色塊的顏色值。因此根據 圖像上色塊區域計算出平均像素值，可以計算出每個通道一個比率，將真實顏色值校正到理 論計算值。所有色塊可以構造一個線性系統，利用最小二乘方法求解出-各通道的校正因子。 對於其他在該光源拍攝的圖像，各通道乘以對應的校正因子來進行顏色與強度標定，各通道 之間校正因子的比率關係校正光源的顏色偏差，校正因子的大小校正多光源的強度差異。
本發明與現有技術相比的優點在於
(1) 使用設備簡單。本方法對光源與相機沒有梧別的要求，只需要一個標準色板作為 標定工具，十分易於實現。
(2) 實現過程簡便。在完成光源方向標定的基礎上，只需要利用相機對標準色板進行 拍攝，在圖像上對多光源顏色與強度進行計算，因此拍攝過程與計算過程都十分簡便。
(3) 計算結果準確。使用最小二乘方法對各色塊列出的線性矩陣進行求解，可以得到 誤差最小情況下的結果。'
具體實施例方式
本發明的具體步驟如下
1、 單光源的強度分布均勻性標定
為了使標定結果的魯棒性更好，我們需要做預處理去除一些誤差影響。首先對光源下的 白板圖像拍攝3至4張，計算出平均圖像，這樣是為了去除掉光源的交流電在不同時刻的光 強變化的影響；然後對平均圖像利用5X5的高斯核進行模糊，這樣用來消除白板上的一些細 小的噪聲影響。
計算第i個光源的白板圖像中央區域的平均像素值ci^，對於第i個光源方向採集的數
據/糹，使用對應的白板恩片/i進行校正的結果/i為
其中(x, y)是像素坐標。
2、 多光源之間的顏色與強度標定。
步驟(1)的結果校正了各光源的分布不均勻的問題，在此基礎上還需要對多光源之間 的顏色與強度進行校正。
拍攝各個光源下標準色卡圖片，粗略指定各色塊中心點與半徑，計算中心點附近小塊區 域的平均像素值，如果半徑範圍內的像素值與該平均值的差別大於一定閾值，則認為該像素超出了色塊區域，不參與該色塊的平均值計算。
已知第i個光源的方向"'、Color checker的法向"與第A個色塊的真實顏色向量"， 可以由下面的公式計算出第/個光源在RGB三個通道上的校正因子向量i i。 4'i "(")Q (fc=1...24)
其中4為第J'個光源下拍攝的Color checker圖像上第A個顏色塊的平均像素向量，這 樣就得到一個線性方程組，利用最小二乘方法求解出校正因子。對於其他在該光源拍攝的圖 像，各通道乘以對應的校正因子來進行顏色與強度標定，各通道之間校正因子的比率關係校 正光源的顏色偏差，校正因子向量的大小校正多光源之間的強度差異。
權利要求
1、多光源顏色強度一致性標定方法，其特徵在於步驟如下(1)拍攝各個光源下的多張白板的圖像，進行平均和模糊處理後，用來進行單光源的強度分布均勻性標定；(2)拍攝各個光源下的標準色卡的圖像，得到圖像上標準色卡上每個色塊的平均像素值，用來對步驟(1)的結果進行多光源之間的顏色與強度標定。
2、 根據權利要求1所述多光源顏色強度一致性標定方法，其特徵在於所述的步驟(1) 中對多張白板的圖像進行平均和模糊處理的方法為在各個光源下分別拍攝三張白板圖像， 計算得到各個相應光源下的平均圖像的像素值，從而消除交流電對光源強度的隨機影響；對 平均圖像再使用高斯核進行模糊處理，用來消除白板上的高頻噪聲的影響。
3、 根據權利要求1所述多光源顏色強度一致性標定方法，其特徵在於所述的步驟(1) 中單光源的強度分布均勻性標定的方法為計算處理後的白板圖像的中央區域的平均像素 值，保存白板圖像上每個像素與該平均值的比率；對於其他在該光源下拍攝的圖像，每個像 素乘以對應的比率來進行分布均勻性標定。
4、 根據權利要求l所述多光源顏色強度一致性標定方法，其特徵在於所述的步驟(2) 中得到圖像上標準色卡上每個色塊的平均像素值的方法為分別拍攝在各個光源下標準色卡 圖片，指定各色塊中心點與半徑，計算中心點附近小塊區域的平均像素值，如果半徑範圍內 的像素值與該平均值的差別大於一定閾值，則認為該像素超出了色塊區域，不參與該色塊的 平均值計算。
5、 根據權利要求1所述多光源顏色強度一致性標定方法，其特徵在於所述的步驟(2) 中多光源之間的顏色與強度標定的方法為由於已知標準色板中各色塊的真實顏色，以及各 光源的入射角度，可以計算出理論圖像各個色塊的顏色值，因此根據圖像上色塊區域計算出 平均像素值，可以計算出每個通道一個比率，將真實顏色值校正到理論計算值；所有色塊可以構造一個線性系統，利用最小二乘方法求解出各通道的校正因子；對於其他在該光源拍攝的圖像，各通道乘以對應的校正因子來進行顏色與強度標定，各通道之間校正因子的比率關 系校正光源的顏色偏差，校正因子的大小校正多光源的強度差異。
全文摘要
多光源顏色強度一致性標定的方法，步驟如下(1)拍攝各個光源下的白板的圖像，進行單光源的強度分布均勻性標定，消除光強沿光軸方向逐漸減弱的影響；(2)拍攝各個光源下的標準色卡的圖像，進行多光源之間的顏色與強度標定，消除各光源的顏色與強度差異所產生的影響。本方法實現簡單靈活，計算過程魯棒，適合各種多光源系統的標定。
文檔編號G06T7/00GK101635053SQ20091009063
公開日2010年1月27日 申請日期2009年9月2日 優先權日2009年9月2日
發明者軍 賈, 馬宗泉, 越 齊 申請人:北京航空航天大學